工程热物理学报

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孙孝存, 舒歌群, 石凌峰, 田华, 王轩, 张永浩, 孙瑞

工程热物理学报. 2023, 44(1): 1-7.

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针对并联型冷电联合循环混合工质充注组分无法同时匹配两子循环的问题，基于循环拆分法对其进行剖析，根据拆分所得子循环的性能变化规律，提出了组分调控方法以实现组分和子循环的匹配，并设计了一个理想的组分可调的冷电联合循环系统。计算结果表明，当工质的两相冷凝温度滑移小于冷凝水温升时，适当的过冷可以提高冷凝段的温度匹配，提高循环性能。但受限于调控形式，本文所提出的调控方法仅在较大冷凝水温升和较高制冷量情况下，才能实现冷电联合循环性能的显著提升。

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密闭空间热电制冷器的瞬态特性分析

徐辰欣, 孟凡凯, 陈赵军

工程热物理学报. 2023, 44(1): 8-17.

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综合考虑包括汤姆逊效应在内的热电材料内部效应，采用制冷率密度分析方法，建立了热电制冷器在绝热表面空间内和非绝热表面空间内的计算模型。通过分析制冷率、冷热端温度、冷热端点温差等关键参数的瞬态变化对热电制冷器性能的影响，得到了制冷空间温度、制冷系数、输入功率等性能参数随时间的变化规律。分别改变工作电流和模块数量，对比分析了两种模型的最低制冷温度、降至目标温度耗时和制冷系数的变化，得到了密闭空间热电制冷器工作参数的瞬态变化规律与瞬态特性

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空间应用型2 K 温区复合制冷系统直流线性压缩机动态特性研究

谭军, 赵永江, 赵帮健, 张涛, 谭涵, 薛仁俊, 党海政

工程热物理学报. 2023, 44(1): 18-24.

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2 K 温区复合制冷系统在超导单光子探测、深空探测等特殊领域中具有独特应用。基于此，本文开展了空间应用型复合制冷系统的理论和实验研究，特别针对其多级直流线性压缩机系统。通过建立压缩机模型，对直流压缩机的动态特性参数以及多级压缩机串联后的动态特性进行分析和优化。所研制的四级直流线性压缩机系统与J-T 系统、多级脉管制冷机系统耦合后，采用氦-4 工质获得最低2.13 K 的制冷温度，多级压缩机高低压压比达到100 以上。

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陶粒砂的储热性能及光吸收改性研究

王凯音, 桑丽霞, 刘建峰

工程热物理学报. 2023, 44(1): 25-30.

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新一代二氧化碳超临界太阳能热发电系统中提出采用固体颗粒作为蓄热介质，陶粒砂因良好的抗磨损性、耐高温、化学稳定性及低成本等优点而有望成为固体颗粒蓄热介质的候选材料。本文基于三种陶粒砂的储热性能和光吸收性的测试分析，对其进行表面改性以进一步提高光吸收性能。结果表明，三种陶粒砂具有良好热稳定性，且蓄热密度较大，通过表面改性可明显提高三种陶粒砂吸光性质，太阳光加权吸收比均可达到0.9。

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基于热效率最大的卡琳娜--有机朗肯联合循环构形热力学优化

吴志祥, 冯辉君, 陈林根, 戈延林

工程热物理学报. 2023, 44(1): 31-37.

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建立卡琳娜–有机朗肯联合循环模型，以联合循环热效率为优化目标，以部件结构参数为优化变量，在换热器总传热面积一定的条件下，结合构形理论和有限时间热力学, 对其进行构形热力学优化。在相同条件下比较联合循环与单一卡琳娜循环和单一有机朗肯循环的最优性能。结果表明：与初始设计点相比，优化后的联合循环热效率提高了40.83%。与卡琳娜循环和有机朗肯循环相比，联合循环的净输出功率分别提高了49.89% 和66.82%，而联合循环的热效率分别提高了57.76% 和降低了4.69%。所得优化结果可为低温余热资源利用系统的优化设计提供参考。

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液氢无损储存回热式热驱动制冷机的数值模拟

罗靖, 陈燕燕, 张丽敏, 王晓涛, 孙岩雷, 罗二仓, LACOSTE Deanna

工程热物理学报. 2023, 44(1): 38-46.

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本文针对液氢储罐零蒸发需求，利用SAGE 软件对300 W @ 20 K 回热式热驱动制冷机系统开展了模拟计算和优化设计，验证了双效自由活塞斯特林制冷机和热声驱动脉管制冷机两种方案用于液氢无损储存系统的可行性。结果表明，在平均压力5 MPa，工作频率50 Hz，加热温度500◦C 的工况下，双效自由活塞斯特林制冷机的整机效率可达到19.4%，而热声驱动脉管制冷机为14.3%。但斯特林系统由于采用定参数谐振活塞耦合，难以实现多工况匹配，导致其对平均压力、加热温度等运行参数的变化十分敏感。相比之下，热声系统完全无运动部件，具有极佳的工况适应性，因此热声驱动脉管制冷机系统在液氢无损储存应用领域将是一种颇具潜力的解决方案。

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基于LT 旋涡识别方法分析跨音转子尖区流动

钟维博, 柳阳威, 谢喆, 唐雨萌

工程热物理学报. 2023, 44(1): 47-55.

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对压气机叶尖间隙流动的研究始终是先进压气机设计的重要问题。本研究基于当地迹旋涡识别方法分析了跨音压气机转子的RANS(Reynold-averaged Navier-Stocks) 和DES(detached eddy simulation) 数值模拟数据，研究了最高效率和近失速工况下，叶尖泄漏流动中的涡系结构及其发展过程中旋转模式的变化规律。结果表明，激波–泄漏涡干涉作用以及叶片通道内的压力梯度分布对叶尖泄漏涡的旋转强度、压缩性，以及当地螺旋线在轴向/径向的特征分布和变化速率有重要影响。为叶尖间隙流动的机理研究和控制技术发展提供了新的思路。

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某1.5 级压气机设计工况下的激励源分析#br#

彭威, 任晓栋, 李雪松, 吴宏, 顾春伟, 肖耀兵

工程热物理学报. 2023, 44(1): 56-62.

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压气机存在繁多的激励源而无法避开所有的共振点，这就需要详细分析并揭示非定常时空演化规律，为预测并抑制危险共振工况的振动提供依据。本文采用数值方法计算某跨音速轴流压气机设计工况下前1.5 级的流场。通过对定常、非定常结果的分析，确定各激励源并总结激励源对叶片非定常气动力的作用规律。研究发现设计工况下首级动叶的非定常力主要来自上游进口导叶和下游静叶的转静干涉效应，其中导叶的影响占主导地位，下游静叶主要影响尾缘部分。压力波动较大的位置与时均静压较大的位置相对应。

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包含多孔材料的SPS 机匣处理理论及实验研究

张晋铭, 孙大坤, 李佳, 王宇晴, 董旭, 孙晓峰

工程热物理学报. 2023, 44(1): 63-70.

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本文基于风扇/压气机三维稳定性解析模型，利用等价分布源方法计算机匣处理对压力扰动波的响应，得到包含机匣处理的压气机稳定性模型。通过改变背腔中介质的物性参数，预测压气机失稳点，能够定性分析在原本SPS 机匣处理的基础上，背腔中填充多孔材料对稳定性的影响。针对低速单级轴流风扇TA36 进行了加入多孔材料后的稳定性理论分析，并且进行相关实验验证理论模型的结果。此外，本文还对加入机匣处理后的前传噪声进行了测量和分析，从扩稳和降噪的角度综合考虑SPS机匣处理背腔填充多孔材料的影响。

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风热机组系统建模及仿真分析

钱婧, 孙香宇, 廖猜猜, 钟晓晖

工程热物理学报. 2023, 44(1): 71-77.

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根据热泵和风力机组运行特点，建立给定假设条件下的蒸发器、冷凝器、压缩机、风力机及传动链数学模型，在MATLAB/Simulink 中建立相应的仿真模块，探讨了此模型与风热机组领域其他类似研究；并在稳态风和变风速工况下，将仿真模型和同条件下的实验系统的制热量和COP 进行了对比，对比结果表明，风热机组参数实验值的波动范围较仿真值偏小，在不同风速下实验值和仿真值的相对误差也不尽相同，但均在可接受范围内，证明了模型的可靠性。

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波纹对高亚音叶型气动敏感位置和宽度研究

高丽敏, 杨光, 王浩浩, 黄萍, 吴宝海

工程热物理学报. 2023, 44(1): 78-85.

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本文基于对压气机叶片加工现状的分析，总结了对局部波纹偏差的敏感位置和敏感宽度问题，以某发动机转子叶片高亚音叶型作为研究对象针对敏感位置和敏感宽度开展了数值模拟研究。结果发现从前缘0%∼20% 弧长范围是气动性能对局部波纹偏差更为敏感区域，局部波纹偏差主要影响叶型的正攻角特性。气动敏感区域内存在一临界波纹宽度——10% 叶型弧长，当实际波纹宽度小于临界宽度时，将迅速恶化压气机性能；当实际波纹宽度大于临界宽度时，能够改善前缘流动，降低边界层损失。基于本文研究结果建议压气机叶片验收阶段着重关注前缘附近宽度小于10% 叶型弧长的局部波纹偏差。

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加装旋转叶片T 型通道内流动混合的数值模拟

黄可欣, 苏博, 林梅

工程热物理学报. 2023, 44(1): 86-94.

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本文采用大涡模拟方法对加装旋转叶片的T 型通道内冷热流体流动混合过程进行了数值模拟研究。在主管支管管径比为2 : 1 的条件下，探究旋转叶片对T 型通道内冷热流体混合的影响机理。通过对比分析有无叶片的T 型通道内温度场，发现加装旋转叶片能够加快通道底部和对称面两侧流体的温度混合从而缩短通道内的混合长度，同时能够减小y 轴方向的平均温度梯度进而改善通道内的热分层现象。为进一步分析旋转叶片在T 型通道内的作用方式，本文获取了叶片旋转至不同角度下T 型通道内的速度场和涡结构分布，结果表明加入旋转叶片后通道内出现了马蹄涡、叶尖分离涡和条状涡等涡结构，加剧了流动的不规则性。

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风洞端壁对翼型气动特性的影响

白井艳, 张磊, 杨科, 赵黛青, 张明明, 徐建中

工程热物理学报. 2023, 44(1): 95-105.

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采用风洞实验和数值模拟相结合的方法，研究风洞端壁对翼型气动特性的影响。实验在IET 低速回流风洞中实施，采用表面测压法。试验对象为三个不同尾缘厚度的翼型，分别为DU91-W2-250，DU91-W2-250_6 和DU91-W2-250_10。实验雷诺数为2.62×10⁵，数值模拟采用RANS 方法。结果表明：DU91-W2-250 翼型在流动发生失速之前，随攻角增加，风洞端壁与翼型连接处产生的角区分离涡不断增大。流动进入失速区后，翼型自身产生的三维失速胞与风洞端壁诱导的角区分离涡共同作用，随着三维失速胞的增大，角区分离涡变小；随尾缘厚度增大，风洞端壁对翼型绕流影响减小；风洞端壁诱导产生的角区分离涡对翼型绕流产生下洗作用，使得有效攻角和升力系数减小、阻力系数增加。同时风洞端壁延迟了翼型段中间截面的流动分离。

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螺旋管内饱和流动沸腾传热系数关联式分析

王心仪, 方贤德, 覃业棋

工程热物理学报. 2023, 44(1): 106-111.

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螺旋管因结构紧凑、传热高效、制作方便，获得了广泛应用，尤其是在反应堆等热动力系统中。目前螺旋管内饱和流动沸腾传热系数(HTC) 的预测主要基于经验公式，在工程实践中需要知道这些经验公式的适用性。本文从10 篇公开发表的文献中收集了951 组螺旋管内饱和流动沸腾传热实验数据。基于这些数据，评价分析了13 个常见的螺旋管内饱和流动沸腾HTC 关联式。结果表明，预测效果最好的关联式的平均绝对误差(MAD) 为38.4%，不能满足工程应用的需要，需要研究出精度更高的新关联式。

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悬停直升机旋翼作用下气固流动特性模拟研究

姜晓雪, 陆慧林

工程热物理学报. 2023, 44(1): 112-117.

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直升机悬停时旋转桨叶将影响气体与颗粒两相流体动力特性。本文运用基于颗粒动理学理论的三维瞬态欧拉–欧拉气固多相流模型，数值模拟旋翼旋转对颗粒层的颗粒携带影响。结果表明，旋转气体携带颗粒两相流场可以划分为低压桨叶旋转区域I、高压浆叶尖端区域II 和外部流动区域III。旋转高速气体与颗粒层表面颗粒形成相互作用形成局部自由剪切层诱发颗粒的夹带。随着悬停高度降低，旋转气体饱和颗粒夹带量增大。

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水平管降膜蒸发式凝汽器热力性能计算

王博宇, 车金徽, 陈石, 沈胜强

工程热物理学报. 2023, 44(1): 118-124.

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本文建立了水平管降膜蒸发式凝汽器热力性能计算模型，包括空气流动阻力模型，降膜蒸发传热模型，降膜蒸发传质模型等，根据实验数据和工业中相关装置的运行参数对模型进行了修正，编制了降膜蒸发式凝汽器热力计算软件。计算分析了降膜蒸发式凝汽器的换热量、空气流动阻力、管外对流传热传质系数等随迎面风速，喷淋密度的变化趋势，进一步探究了换热量、管束间流动阻力的主要影响因素。

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附着水滴光学窗口矢量辐射传输特性研究

朱克勇, 王新新, 黄勇

工程热物理学报. 2023, 44(1): 125-130.

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附着水滴光学窗口模型的辐射传输特性研究可应用于提高温室及光生物反应器等设备的能量利用率，而利用光线传输过程中的偏振维度信息获取偏振成像图片，可有效提高成像质量，对实现目标的高质量探测具有重要意义。本文对附着水滴光学窗口模型的矢量辐射传输展开研究：建立水滴随机分布的附着水滴光学窗口模型，然后采用蒙特卡洛法对光线进行追踪，通过统计出射面内的Stokes 矢量，讨论了水滴折射率与水滴接触角对光线矢量辐射传输特性的影响。

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银铜合金纳米流体的热物性影响因素分析

闫佳, 夏国栋, 马丹丹

工程热物理学报. 2023, 44(1): 131-136.

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本文通过液相还原法制备了水基银铜合金纳米流体，并对其吸光度、热导率和黏度进行了实验测试。结果表明，在前驱体注射流量为0.5 mL/min、反应温度为70◦C 和表面活性剂聚乙烯吡络烷酮(PVP) 摩尔比为7 的制备条件下，纳米流体的吸光度峰值呈现最高值；随着注射流量和反应温度的增加，纳米流体的热导率均呈先增大后减小的趋势，当注射流量为0.5 mL/min、流体温度为80◦C 时，热导率提高了16.81%；当反应温度为70◦C、流体温度为40◦C 时，纳米流体热导率相比于去离子水提高了12.16%；纳米流体的黏度随注射流量的增加而增加，反应温度对纳米流体黏度有重要影响，在反应温度为80◦C时，所制备的纳米流体黏度最高，其相比于25◦C 去离子水黏度增加了30%。

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改性LaCoO₃ 用于烟气脱Hg⁰ 性能研究

何智, 冉景煜, 黄鑫, 何威, 冉子俊

工程热物理学报. 2023, 44(1): 137-143.

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采用实验方法研究了LaCoO₃、La_(1−x)CexCoO₃(x=0∼0.2)、LaCo_(1−y)MnyO₃(y=0∼0.15) 钙钛矿用于燃煤烟气中元素汞(Hg⁰) 脱除，深入探讨了烟气主要成分(O₂、SO₂、H₂O) 对Hg⁰ 脱除效率的影响。结果表明，La_0.875Ce_0.125CoO₃比LaCoO₃ 具有更高的氧吸附性能，在150◦C 条件下能实现99.2% 的Hg⁰ 脱除效率。气态O₂ 是该反应中重要的氧化剂，H₂O 的负面效果被SO₂ 的加入而抵消。La_0.875Ce_0.125CoO₃ 在600◦C 下热再生并循环使用5 次后仍然有75.04% 的脱汞效率，La_0.875Ce_0.125CoO₃ 在低温下脱汞性能优异。

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大气压微尺度气体放电中热电子和热场发射的特性分析

孙丽, 周雯, 姜巍, 李和平, 李增耀

工程热物理学报. 2023, 44(1): 144-150.

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近年来的研究表明，场致电子发射在微尺度气体放电中作用显著。然而，当阴极被加热到高温，热发射也成为影响微尺度放电形成的重要因素。对大气压微尺度放电，热微等离子体的形成主要通过热电子发射和热场发射，气体电离得到的离子能在放电时产生足够的空间电荷，进而影响阴极附近的局部电场。在本文中，针对阴极高温大气压直流微尺度气体放电，采用一维隐式PIC-MC 方法，分析了不同场增强因子和极板温度对热电子发射和热场发射产生的等离子体特性的影响。对气体击穿放电达到稳定之后的热微等离子体，分析了极板间电场强度、粒子平均温度、粒子数密度的分布以及电子能量概率分布函数。结果表明，当场增强因子为1 时，阴极表面几乎没有场致电子发射，热场发射和热电子发射结果几乎重合；极板温度越高，热发射作用越强。

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18650 锂电池轴向导热系数测量

徐佩琛, 黄建, 王培勇

工程热物理学报. 2023, 44(1): 151-157.

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根据一维稳态导热原理测量了锂电池的轴向导热系数。采用CFD 方法模拟了测量实验的详细传热过程，根据CFD 仿真结果优化了测量方法。通过对不锈钢试件导热系数的测量确定了测量方法的误差范围在3% 以内。测量了18650 NCA 锂电池在不同开路电压和温度下的轴向导热系数。导热系数随开路电压的增加而增大；随温度的升高而降低，试验条件下，锂电池的轴向导热系数介于8.900∼12.073 W·m⁻¹·K⁻¹。

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基于背景导向纹影的火焰三维温度场重建

张彪, 李智豪, 李健, 许传龙, 宋兆龙

工程热物理学报. 2023, 44(1): 158-161.

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火焰三维温度场测量对揭示燃烧反应机理和传热规律具有重要作用，背景导向纹影层析技术(BOST) 可通过对非定常三维流动的折射率场重建进一步获取流场的密度、温度等参数。本文采用镜头等效光学系统模型代替针孔模型，并使用龙格库塔光线追迹方法对背景导向纹影的成像过程进行了更精确的模拟。讨论了基于光流方程的BOST 模型中有效光线数和图像像素位移对测量区域设置和图像采样分辨率的影响规律。基于光流方程重建模型对旋流火焰的温度场进行了重建模拟，重建温度场较好地反映出旋流火焰的褶皱和涡旋等边缘区域的轮廓结构，对火焰边缘区域的重建效果优于中心区域。

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对流效应下幂律流体接触熔化理论及实验研究

胡楠, 许哲文, 李梓瑞, 范利武

工程热物理学报. 2023, 44(1): 162-170.

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接触熔化是一种具有高传热速率的固液相变形式，但现有研究通常假设相变材料为牛顿流体，也未考虑熔融薄液膜内的对流效应。本文基于幂律流变模型和标度分析建立了对流效应下典型非牛顿流体接触熔化的理论模型，利用基于拍照记录法和激光干涉法分别测量了瞬时熔化率和薄液膜厚度。结果表明，模型能准确地预测幂律流体接触熔化过程中的熔化速率和液膜厚度变化规律，液膜中的对流效应会降低固液相界面上的热通量从而导致熔化速率降低。液膜内对流受斯蒂芬数Ste、幂律系数C和幂律指数n 影响，而基本与相变材料的样品高宽比和固液密度比无关。减小幂律系数C和幂律指数n会加速熔化过程，熔化末期的液膜厚度取决于幂律系数C。

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近壁面气泡凝结及其对微细化沸腾影响研究

唐继国, 李佳冀, 胡瑞, 王文婷, 徐铃淼, 李晓

工程热物理学报. 2023, 44(1): 171-174.

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本文基于VOF 方法和Schrage 相变模型，对过冷水中近壁面气泡凝结进行了研究，以探索微细化沸腾传热机理。数值计算结果表明，气泡-壁面间距与气泡初始半径之比H/R₀ 对凝结过程有着明显的影响。H/R₀>1.5 时，气泡尺寸变化不受H/R₀ 影响；但当H/R₀<1.5 时，气泡凝结速率随H/R₀ 减小而增加。在凝结后期，气泡周围形成高速射流，其最大速度可达0.6 m/s。结合实验发现，近壁面气泡凝结所致射流在微细化沸腾传热过程中起着重要作用。

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锂离子电池安全故障演化过程热行为分析

董缇, 王亦伟, 吴越, 雷博, 何智鹏, 曹文炅, 蒋方明

工程热物理学报. 2023, 44(1): 175-182.

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研究锂离子电池故障过程的行为是提升电池安全的必要手段。通过实验和数值仿真的方法研究了40 Ah 方形磷酸铁锂电池在微内短路故障和过充故障过程的热行为。实验验证了三维热模型的可靠性，考虑了电池材料物性对温度的依赖性，剖析了电池温度在故障过程的演化特征和表面测温的有效性。研究发现：电池非工作状态且内短路较严重时(等效电阻小于等于10 Ω)，故障700 s 后表面温升大于2◦C，1 h 后电池内外的温差超过30◦C；严重短路情况下，放电状态故障电池的中心最高温度低于非工作状态电池，但表面温度却高于非工作状态电池；过充故障发生时，换热条件显著影响电池内外温差，绝热条件和对流换热条件下电池内外的温差分别约9◦C 和2◦C。

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严寒C 区新型相变流体太阳能光热系统实验研究

齐典伟, 张佳琦, 徐凤, 饶博闻, 李亚菲

工程热物理学报. 2023, 44(1): 183-190.

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本文基于严寒C 区太阳能光热系统夏季集热器表面温度过高、冬季使用乙二醇工质效率降低的问题，研究团队配制一种适合严寒C 区太阳能光热集热器的强化传热、限制基板温度的新型相变流体——乙二醇型相变悬浮微胶囊流体，利用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、液体导热仪(TC3100L) 等仪器对新型相变流体的混合状态、相变潜热和导热系数等物性进行测量，得出物性适合严寒C 区太阳能光热集热器的新型相变流体。搭建了基于相变流体的平板式太阳能光热系统实验台，研究测试了集热板表面温度、蓄热水箱温度及系统热效率，探究了不同体积浓度新型相变流体在太阳能光热系统对流换热、限温特性。研究结果表明：在测试工况下，相变材料浓度为5% 的新型流体综合导热系数为0.410∼0.413 W·m⁻¹·K⁻¹，10% 浓度为0.381∼0.410 W·m⁻¹·K⁻¹，均优于防冻液的0.366∼0.406 W·m⁻¹·K⁻¹，且冰点为−25◦C，满足严寒C 区太阳能集热器防冻要求。采用5% 浓度新型相变流体工质与乙二醇工质两种系统相比，前者集热器基板表面温度降低了3◦C，蓄热水箱水温提高了4◦C，日均热效率相对升高了21.9%，10% 浓度日均热效率相对升高了8.8%，5% 浓度相变流体综合性能最佳。

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基于高温热泵系统冷媒的过热度模型及分析

张彦廷, 张晧, 王林, 徐敬玉, 黄鲁蒙, 黄峥, 张广志

工程热物理学报. 2023, 44(1): 191-198.

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高温热泵(HTHP) 系统往往配合高临界温度冷媒进行工作，但该种冷媒表现出的湿工质特性往往会为系统带来液击风险。现阶段的相关研究已经可以精准校核系统是否出现液击，但并不能有效降低系统的液击风险。通过利用冷媒的压焓特性分别建立无补气压缩机以及补气式压缩机的吸排气过热度模型，在已知环境工况下设立确保压缩机无液击风险的排气过热度，利用模型关系计算压缩前冷媒的吸气过热度来规避系统的液击风险，从而完善HTHP 系统的作业工艺，提高整体系统的安全性。在补气式压缩机模型中设置5◦C 排气过热度，利用该模型精确计算出系统闪蒸压力为0.977 MPa 时，冷媒进压缩前的吸气过热度为7.54◦C，此时系统的最大COP 为3.33，1.08 kg/s 冷媒规模性下的蒸汽产量为187.5 kg/h。

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液态金属包层中氚输运特征的数值研究

黄护林, 杨娅, 鹿鹏

工程热物理学报. 2023, 44(1): 199-206.

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本文对聚变反应堆双冷锂铅包层(DCLL) 的不同入口速度、磁场强度和Ra 数下氚的输运特征进行了三维数值模拟。结果表明入口速度越大，射流速度也越强，其有利于氚的输运；因磁场有抑制液态金属流动的作用，随着磁场强度的增加，浮升力引起的混合对流效应被抑制，浮升力对速度分布的影响减小，因此增大磁场强度会抑制通道中心区域氚的输运，但产生的磁流体效应会促进侧层中氚的输运；中子热源的存在使通道内出现涡流，并引起了截面中心线上不对称的“M” 型速度分布；Ra 数越大，最大射流比和两侧层间的最大速度差均增大，但整体氚输运受到抑制。

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不同结构填充床蓄热罐换热特性及分层性能研究

李慧君, 张久意, 刘英光, 齐树龙

工程热物理学报. 2023, 44(1): 207-216.

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斜温层单罐蓄热技术是太阳能热发电、热电厂热电解耦和工业余热利用等方向的重点研究内容。为了研究多级相变材料和多层相变单元球径对储罐内部换热性能及热分层性能的影响，建立了四种不同结构的填充床相变蓄热罐。研究了四种储罐在蓄热过程中的相变材料温度分布、换热流体温度分布、总换热量及换热速率的大小，并引入了理查森数和混合数对四种储罐的热分层性能进行评估。结果发现：采用3 级相变材料与3 种球径搭配的填充床储罐，其换热性能和热分层性能最好；且与仅使用单级相变材料和单球径搭配的储罐相比，其换热速率提高了17.08%；蓄热结束时的理查森数提高了52.27%，混合数降低了26.19%。该研究可为优化填充床相变蓄热罐的罐内热分层性能提供参考。

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中深层套管换热器分段传热解析模型构建

马凌, 赵亚洲, 许文杰, 尹洪梅, 杨轩, 赵军

工程热物理学报. 2023, 44(1): 217-225.

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基于时间和空间尺度的分段计算方法，建立了中深层套管换热器传热理论解析模型，并结合文献工程案例进行了验证，对雷诺数、地温梯度和供水温度三个关键参数进行分析，提出了吸热效率η 作为新的传热性能评价指标。结果表明，η 随雷诺数从0.90×10⁴ 增至8.10×10⁴ 提升了36.26%，但随地温梯度和供水温度的变化很小；降低供水温度、增加地温梯度与雷诺数都可以提升每米孔深换热量ql，但雷诺数增加引起的ql 提升幅度逐渐减小；不同工况下q_l 的变化范围为54.83∼117.17 W·m⁻¹。

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飞行器主动冷却热防护通道设计与分析

乔砚淙, 刘鹏, 潘瑶, 巩萌萌, 刘欣, 刘伟, 刘志春

工程热物理学报. 2023, 44(1): 226-235.

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飞行器以高超音速巡航时，表面会产生巨大的气动加热。本文通过对比不同截面形状的热防护通道流动与传热性能，设计了一种新型的飞行器主动冷却热防护通道，并对其进行了分析。取飞行器前缘单个流道作为分析对象, 结构由外壁面、内壁面、多孔支撑结构和流体管道区域组成。在迎风面、背风面、前缘面分别施加150 kW, 25 kW 和750 kW 的热流密度，固体材料与多孔材料均为耐高温镍基合金。结果显示矩形流道对飞行器防热结构外壁面的冷却效果最佳，三角形流道对飞行器防热结构内壁面冷却效果最好。而本文设计的新型通流结构可以有效结合两者内外壁面的冷却优势。同时，航空煤油代替液态水作为冷却剂时，飞行器主动热防护结构具有较好的热工水力性能。

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径向多层堆积的潜热填充床的热性能分析

何西波, 王伟, 侯宜成, 帅永, 裘俊

工程热物理学报. 2023, 44(1): 236-243.

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本文基于实验室搭建的中高温潜热填充床储热实验系统，提出了一种径向多层相变温度梯度分布的球形储热单元堆积结构，并模拟研究其对潜热填充床储/释热时间和效率的影响。相较于传统单一的结构，文中对比了3 种不同的径向相变温度组合。结果表明，在相同储热量下，径向多层相变温度梯度堆积能够有效的提高储/释热速率，延长有效热流输出的时间。其中径向三层的结构输出有效热流的时间为9654 s，释热功率为762.8 W，优于其他结构，综合热性能最好。

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固体燃料灰渣高温受热面黏附特性定量研究

杨远平, 黄骞, 占宇钘, 李水清

工程热物理学报. 2023, 44(1): 244-249.

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锅炉受热面积灰结渣严重影响锅炉清洁高效运行。本文采用一种基于多元扩散平焰燃烧器的灰渣颗粒高温黏附概率定量测量系统，研究不同温度下多种固体燃料(低阶煤掺烧高岭土、生物质、煤掺烧固废) 灰渣颗粒的组分、热稳定性及熔融特性，获得了灰渣颗粒黏附概率随温度的变化关系。结果表明，高硅铝含量的准东煤掺烧高岭土渣和生物质渣黏附概率随颗粒温度的升高逐渐增大；高钙含量的煤掺烧污泥渣黏附概率在1150◦C 时发生跃升。此外，现有基于灰渣熔融液相比和黏度的黏附概率模型计算结果与实验结果偏差较大，难以对各类灰渣高温黏附特性进行准确评估和预测。本研究所提供的实验方法及测量结果可为进一步发展灰渣高温黏附概率模型提供基础。

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氨/氢气高温自着火特性实验和理论研究

陈俊蝶, 姜雪, 张瑞, 秦晓康, 黄佐华

工程热物理学报. 2023, 44(1): 250-256.

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为探究氢气介入对氨燃料的自着火特性及化学动力学的影响，本文开展了氨/氢气组合燃料着火延迟期的实验、模拟和理论研究。通过激波管实验装置测量了化学计量比氨/氢气组合燃料在1 MPa，温度1124∼1695 K, 掺氢比0%，5%，30% 和70% 时的着火延迟期。结合实验数据，评估了现有氨动力学模型对着火延迟期的预测表现，利用Otomo 模型分析了氨/氢气着火的化学动力学交互影响。研究发现，氨着火延迟随氢气掺混比增加呈现非线性缩短，低掺氢比时氢气对着火的促进效果更加显著；5% 掺氢可导致对纯氨高温着火抑制作用最强反应NH₃+H⇔NH₂+H₂ 化学平衡逆向移动；继续增大掺氢比，氨燃料相关化学反应对着火的抑制作用增强，削弱了氢气对着火的促进作用。

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碱基吸收剂对燃煤烟气SO₃ 脱除机制研究

卿梦霞, 张鑫, 苏胜, 刘亮, 张巍, 赵斌, 向军

工程热物理学报. 2023, 44(1): 257-265.

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燃煤烟气中SO₃ 的生成与排放严重威胁着电厂的安全经济运行与大气环境，本文探究了K₂CO₃、Na₂CO₃ 与Ca(OH)₂三种碱基吸收剂对SO₃ 的脱除性能及速率控制机制。结果表明，吸收剂对SO₃ 脱除性能为K₂CO₃>Na₂CO₃>Ca(OH)₂，温度与化学当量比的增加均有利于SO₃ 的脱除。随着SO₃ 脱除反应的进行，吸收剂表面形成的硫酸盐覆盖物会影响SO₃ 向未反应界面的扩散，导致反应速率下降。SO₃ 脱除反应速率受外扩散过程控制，但在Na₂CO₃ 与Ca(OH)₂ 脱除SO₃ 的反应后期，反应速率由外扩散与内扩散共同控制。

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浓度梯度对火焰加速和爆燃转爆轰的影响

范菊梦, 沈婷, 刘丹丹, 肖华华

工程热物理学报. 2023, 44(1): 266-273.

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本文采用高精度CFD 方法求解非定常、完全可压缩的反应性Navier-Stokes 方程，并开发了非均匀氢–空气爆燃转爆轰(DDT) 的简化燃烧反应模型，以研究浓度梯度对氢–空气火焰加速和DDT 的影响。并将危险性最大(化学计量比) 的均匀混合物与整体当量比为1 的非均匀混合物进行比较。结果表明，虽然非均匀混合物最大火焰表面积较大，但平均总释热较低、火焰加速较弱，导致两者的DDT 机理和发生位置均不同，爆轰波更易解耦。本文条件下，化学当量比的均匀混合物比非均匀混合物更易发生DDT，主要是因为其总释热更高。

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部分预混旋流火焰流动掺混及燃烧特性的数值研究

唐国荣, 王宽宇, 韩逸文, 赵晓尧, 唐勇, 赵马杰, 石保禄, 徐新春, 付文娟

工程热物理学报. 2023, 44(1): 274-281.

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采用大涡模拟研究了旋片式、轴/切向、纯切向三种旋流结构对部分预混火焰流动、掺混及燃烧特性的影响规律。旋流数较小的旋片式入口旋流火焰回流区(IRZ) 较小，掺混效果较差，而旋流数较大的纯切向旋流火焰的回流区较大，掺混效果好，反应区和高温区的分布与回流区特征及掺混效果密切相关。旋片式入口燃烧器中能形成稳定的旋进涡核(Precessing vortex core,PVC)，轴/切向和纯切向旋流火焰中PVC 无法稳定存在是导致流动掺混及燃烧特性差异的主要因素。

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